2024届高三化学一轮专题复习++大概念引领下的高中化学单元复习教学设计与实施-以“水”为例进行“微粒间的相互作用、聚集状态”模块复习

学科大概念引领下的高三一轮复习化学单元教学设计与实施——以“水”为例进行“微粒间的相互作用、聚集状态”模块复习教育部最新颁布的《普通高中化学课程标准》（2017年版2020年修订）中明确提出：注重以学科大概念为核心，使课程内容结构化，以主题为引领，使课程内容情境化，促动学科核心素养的落实。吴庆生[1]提出大概念单元教学的架构路径：选择突出单元主题的大概念→确定次级大概念→编写单元教学目标→创设学习活动。可见，在进行设计过程中，单元教学内容的大概念的确定与建构、教学目标的制定、学习活动的设计与评价等是大概念统领下的单元整体教学要解决的几个基本问题。基于学科大概念的理念，以“水”为例---高三一轮复习中“微粒间的相互作用、聚集状态”相关知识体系为载体，从单元教学设计主题的确定、学情的分析、教学目标的设计、教学框架的构建、学习活动的设计与评价等多方面尝试进行学科大概念引领下的高三一轮复习的单元教学设计。《物质结构与性质》教材设计以“结构决定性质、性质反映结构”这一核心观念（大概念)为统领，引导学生从原子结构决定元素性质→元素组成决定物质性质（必修)→分子的组成与结构决定物质性质→晶体的组成与结构决定物质性质等视角逐步建构和完善大概念。基于大概念的理念，如何进行主题的确定和单元规划是单元设计整体教学的关键。基于主体知识点和学生的学情分析，将单元设计主题和次级主题也就是将单元大概念、次级概念进行建构，使课程内容结构化，使学生对知识点的认知由浅到深逐步强化。随着“素养为本”的新课程理念的推广，高考物质结构与性质题多以真实微粒结构为载体，以大概念为核心设问考查，突显高考化学命题的基础性、应用性、综合性和创新性。本单元以大家熟悉的物质----水为背景，以水的结构、性质以及水涉及到的相关知识点进行引入，深层次复习微粒间的相互作用、聚集状态等学习项目，形成深度知识网络，让学生在体验真实科研探究的过程中学以致用，促进物质结构与性质结构化，实现学科核心价值、学科素养、关键能力、必备知识的同步发展。单元教学设计主题的确定教学单元是整个单元教学的核心导向，课程标准是根本依据。《普通高中化学课程标准（2017年版）》对本部分的内容要求是：①能说出微粒间作用的主要类型、特征、实质，能比较不同类型的微粒间作用的联系与区别，能说明典型物质的成键类型②能运用离子键、配位键、金属键等模型，解释离子化合物、配合物、金属等物质的某些典型性质，能说明分子间作用力（含氢键）对物质熔沸点等性质的影响，能列举含有氢键的物质及其性质特点。③能根据给定的信息分析常见简单分子的空间结构，能利用相关理论解释简单的共价分子的空间结构，能根据分子结构特点和键的极性来判断分子的极性，并根据对分子的典型性质及应用做出解释。④能借助分子晶体、共价晶体等模型说明晶体中的微粒以及微粒间的相互作用。⑤能从微粒的空间排布以及相互作用的角度对生产、生活、科学研究中的简单案例进行分析，举例说明物质结构研究的应用价值，如配合物在生物、化学等领域的广泛应用，氢键对于生命的重大意义。核心教学策略中指出该模块的教学重点应该放在学生对概念的认识和发展上，帮助学生转化已有认识和观念，注重促进学生理解物质结构相关概念的内涵，体会物质结构研究的基本思路和方法，形成观念性认识。复习课教学的价值在于整合知识，形成解决问题的认知思路。基于课程标准内容，结合结构-性质之间的关系，建构该模块的知识体系。在学习过程中，学生综合利用所学知识解决陌生而复杂的真实问题，促进学生学科核心知识和学科思维的结构化，自主构建具有迁移价值、应用价值的认识模型，彰显学科特色，促进学生化学学科核心素养发展。童文昭等［2］梳理了结构版块（必修＋选择性必修）的基本概念，将其分为原子结构、分子结构、晶体结构三类，并分别画出以概念关联为中心的概念图。通过自下而上的基本概念认知结构分析，以及自上而下的观念建构分析，确认各概念图的关键性概念。在上述概念图中，根据设计情境“水分子”的结构，提取概括出设计到的关键性概念：成键方式、分子空间结构、晶体结构。成键方式主要呈现的核心知识是分子的结构微粒间存在的相互作用，分子空间结构主要呈现是分子的结构微粒及相互作用对分子空间构型的影响，晶体结构呈现的是宏观物质结构，在此基础上依据课程标准要求，结合学生认知基础与水平，确定本单元的主题：以水为例进行“微粒间的相互作用、聚集状态”模块复习。借助涉及到的“水”的结构与性质进行综合的复习与强化。2.单元教学目标的制定2.1学生的学情分析在选择性必修模块“物质结构与性质”中，学生系统的学习了“原子结构与元素性质”、“微粒间相互作用与物质性质”、“不同聚集状态的物质与性质”等主要内容，系统学习了原子核外电子的运动状态、核外电子排布规律、核外电子排布与元素周期律、微粒间的相互作用、共价键的本质和特征、分子的空间结构、晶体和聚集状态、研究物质结构的方法与价值等知识点。2.2学生的学习障碍点学生虽说掌握了知识点，但是在高三复习教学中常以独立小专题形式开展物质结构与性质二级主题为主的复习，但这种模式容易导致知识点碎片化、不能形成系统化知识体系。随着“素养为本”的新课程理念的推广，高考物质结构与性质大题多以“真实微粒结构”为载体，以大概念为核心设问考查，突显高考化学命题的基础性、应用性、综合性和创新性，所以针对陌生的“真实微粒结构”的分析至关重要。2.3教学单元次目标的确定“微粒间相互作用与物质性质”是建立在有关原子结构知识的基础上，从共价键的形成本质出发，介绍共价键的类型、特征，共价键模型之一的杂化轨道理论与分子构型的关系，分子构型与分子性质的关系，介绍离子键、配位键和金属键模型，阐述分子间作用力及其对物质性质的影响等相关知识，在此基础上结合“不同聚集状态的物质与性质”相关联知识点，将共价晶体和分子晶体的相关知识点穿插期中，充分做到将琐碎的知识点系统化，有利于学生建构完整的知识体系。第一课时：大概念统领下的高中化学物质结构与性质单元复习——以水的共价键为辐射中心【课程目标】1.以水中化学键为中心构建核心概念——共价键的思维导图；2.以共价键为中心构建相关核心概念群的思维导图；3.通过思维导图的构建，使学生总体上对结构知识有宏观的大局把控，细节上对具体知识有微观的区分与联系。第二课时：大概念统领下的高中化学物质结构与性质单元复习—水的空间结构与性质分析【课程目标】1.基于杂化轨道理论、价电子对互斥理论、氢键等认识视角重新认识“水”，构建概念图，形成核心概念（共价键、空间构型），加深对大概念（结构决定性质）的理解；2.基于水特殊结构与性质的视角理解掌握杂化轨道理论、价电子对互斥理论、氢键等知识，并能够应用知识解析生活中的实际问题。第三课时：大概念统领下的高中化学物质结构与性质单元复习——以水做配体为例揭秘配合物中的作用力【课程目标】1.了解配合物的组成，明确配位键、配位数的概念。2.了解配合物的稳定性各不相同，配合物之间可以发生转化；知道配合物的应用。第四课时：大概念统领下的高中化学物质结构与性质单元复习——揭秘冰的奥秘【课程目标】1.能通过对冰奥秘的探究形成分子晶体的典型模型，并能借助分子晶体模型说明晶体中的微粒及微粒间的相互作用。2.能从原子、分子、聚集状态等不同尺度认识物质结构特点及其与物质性质之间的关系。2.4单元教学流程设计在选择一个具有统摄性的学科大概念作为单元设计的主题内容，对于整合教材中较为零散的课时知识内容，建构学科主题单元知识脉络具有重要的意义。教师需要在教学中对这四部分内容在大概念的视角下进行单元整体设计，根据新课程标准进行课时划分、内容划分，具体流程如下：基于学科大概念的单元整体设计框架单元整体设计的教学情境线和观念发展线3.教学活动的设计、实施与评价在单元设计时，要以深度学习理论为依据，围绕关键性概念、中心概念设计教学活动和评价体系，通过“问题引导”与“任务实施”，立足教材，但又超越教材，以点带面，以更少的概念进行更深层次的教学，将碎片式的知识点形成系统体系，探索“教、学、评”一体化的化学教学路径。3.1.教学活动的设计将“微粒间相互作用和物质性质”教学架构图拆解成“以水的共价键为辐射中心”“水的空间结构与性质分析”和“以水做配体为例揭秘配合物中的作用力”“揭秘冰的奥秘”四个概念群，分别对应单元目标中的四个次级大概念，发挥关键性概念的统摄作用，逐步架构完整的物质结构观。四课时概念群的教学活动设计分别如图所示：第一课时：大概念统领下的高中化学物质结构与性质单元复习——以水的共价键为辐射中心通过问题式的设计，将理论学习变成问题式探究活动，通过“问题引导，任务实施”深化学生对共价键的认识，建构共价键的组成与结构的次级大概念。通过共价键参数的复习，引导学生从微观视角解释分子性质及其变化规律，通过原子晶体模型的相关知识点的复习，提升学生的证据推理和模型认知能力。第二课时：大概念统领下的高中化学物质结构与性质单元复习—水的空间结构与性质分析第三课时：大概念统领下的高中化学物质结构与性质单元复习——以水做配体为例揭秘配合物中的作用力第四课时：大概念统领下的高中化学物质结构与性质单元复习——揭秘冰的奥秘3.2.教学活动的实施（第一课时为例）第一课时：大概念统领下的高中化学物质结构与性质单元复习——以水的共价键为辐射中心项目复习一共价键【视频引入】【问题1】：请同学们总结出从视频中你获取到了哪些信息？【学生回答】（1）H2O是生命之源；（2）H2O是由2个H和1个O组成的3原子分子（3）H2O键长0.94A，键角104°45′（4）H2O是极性分子（5）H2O中的化学键是极性共价键设计意图：以视频引入，激发学生学习的兴趣，锻炼学生获取信息的能力。【教师引导】请同学们回忆《物质结构与性质》教材中有关共价键的知识，并以水中共价键为辐射中心构建共价键思维导图。【任务一】以水中共价键为辐射中心构建思维导图【学生活动】一名学生黑板完善构建思维导图，第二名学生补充，其他学生导学案上完成。【学生活动1】构建思维导图，并相互讨论，得到正确的思维导图。【教师活动】通过汇总分析这一部分的高频考点：共价键类型、键参数（键角、键长、键能）、电负性等，咱们一起来感受高考题。【学生活动2】走进高考11.短周期元素X、Y、Z、W、Q原子序数依次增大。基态X、Z、Q原子均有两个单电子，W简单离子在同周期离子中半径最小，Q与Z同主族。下列说法错误的是（）A．X能与多种元素形成共价键 B．简单氢化物沸点：Z＜Q C．第一电离能：Y＞Z D．电负性：W＜Z【教师活动】引导学生找突破口，找解题关键。NH3、PH3、AsH3的沸点由高到低的顺序为（填化学式，下同），还原性由强到弱的顺序为，键角由大到小的顺序为。【教师活动】引导学生进行分析解析。3．由键能数据大小，不能解释下列事实的是（）化学键C﹣HSi﹣HC＝OC﹣OSi﹣OC﹣CSi﹣Si键能/kJ•mol﹣1411318799358452346222A．稳定性：CH4＞SiH4 B．键长：C＝O＜C﹣O C．熔点：CO2＜SiO2 D．硬度：金刚石＞晶体硅项目复习二共价晶体【问题2】：共价键可形成哪类晶体？【学生回答】共价晶体、分子晶体【问题3】：常见的共价晶体有哪些？【学生回答】金刚石、SiC、SiO2、SiC、GaN、AlN、Si3N4、等，并总结出下表。【学生活动3】再探金刚石在金刚石晶体中每个碳原子周围紧邻的碳原子有多少个？42.在金刚石晶体中每个碳原子连接有几个共价键？43.碳原子的配位数是几？44.在金刚石晶体中碳原子个数与C-C共价键个数之比是多少？1:25.1mol该物质含有的共价键数目是多少？2NA6.1个碳原子形成几个六元环？7.金刚石晶胞含有个碳原子。若碳原子半径为r，金刚石晶胞的边长为a，根据硬球接触模型，则r＝a，晶体的密度=（列式表示，下同）碳原子在晶胞中的空间占有率(列出计算式即可)。【教师活动】6.任意一个C原子，形成4根共价键，任取2根共价键，有C²4种组合，且2根共价键仅共存于2个六元环中：2×C²4=127.8解析：利用1、2、3三个原子的位置，虚设硬球接触中两个原子的位置，可得到关系，从而得到两者的关系，进而进行后两问的解答。【教师引导】有关晶胞计算的思维流程和常见晶胞的体积计算强调：【学生活动4】交流研讨观察二氧化硅的晶体结构，思考下列问题：（1）二氧化硅晶胞中有几个硅原子和氧原子？（2）二氧化硅晶胞中有几个共价键？（3）1个硅原子形成几个12元环？（4）二氧化硅最小环上有几个原子？【学生解答】教师和学生一起讨论Si原子数：8×1/8＋6×1/2＋4＝8；O原子数：4×4＝16（2）每个晶胞中Si-O共价键数数：16×2＝32（3）12个12元环（4）由于每个硅原子被12个环共有，因此每个环只占有该硅原子的1/12，又因为每个最小环上有6个硅原子，所以每个最小环平均拥有的硅原子数为：6×（1/12）=0.5个。又因为SiO2晶体是由硅原子和氧原子按1:2的比例所组成，因此氧原子的数目为0.5×2=1个,每个最小环平均拥有1个氧原子【问题4】：常见晶体类型还有哪些？【学生回答】离子晶体、金属晶体、分子晶体【问题5】：共价晶体与其他晶体的区别与联系是？【学生整理】【教师活动】这一部分在高考中高频考点主要有：晶胞化学式的确定、晶体的密度、配位数、微粒间的距离、分数坐标等知识点。【学生活动】走进高考21.（2021全国甲）我国科学家发明了高选择性的二氧化碳加氢合成甲醇的催化剂，其组成为ZnO/ZrO2固溶体。四方ZrO2晶胞如图所示。Zr4+离子在晶胞中的配位数，晶胞参数为apm、apm、cpm，该晶体密度为g•cm﹣3（写出表达式）。在ZrO2中掺杂少量ZnO后形成的催化剂，化学式可表示为ZnxZr1﹣xOy，则y＝（用x表达）。【教师和学生共同活动】Zr4+位于晶胞顶点，每个晶胞中有一个O2﹣与Zr4+距离最近，且面心的Zr4+与4个O2﹣相邻，则配位数为8，晶胞中Zr4+位于顶点和面心，个数为8×+6×＝4，O2﹣位于晶胞体心，个数为8，则一个晶胞含有4个ZrO2，质量为，晶胞体积为a2c×10﹣30cm3，可知ρ＝＝g•cm﹣3；在ZrO2中掺杂少量ZnO后形成的催化剂，化学式可表示为ZnxZr1﹣xOy，化合物中Zn为+2价、Zr为+4价、O为﹣2价，则2x+4×（1﹣x）＝2y，y＝2﹣x，2.(2021全国乙)XeF2晶体属四方晶系，晶胞参数如图所示，晶胞棱边夹角均为90°，该晶胞中有个XeF2分子。以晶胞参数为单位长度建立的坐标系可以表示晶胞中各原子的位置，称为原子的分数坐标，如A点原子的分数坐标为已知Xe—F键长为rpm，则B点原子的分数坐标为，；晶胞中A、B间距离d＝pm。【师生活动】共同讨论解决问题【任务二】以共价键为中心构建核心概念群的思维导图【学生活动5】自行构建思维导图二，并相互讨论，得到正确的思维导图。五、当堂检测【基础巩固】1.国外有人用激光将置于铁室中石墨靶上的碳原子炸松,与此同时用射频电火花喷射N2,此时碳、氮原子结合成碳氮化合物薄膜。据称,这种化合物可能比金刚石还坚硬,其原因可能是()A.碳、氮原子构成空间网状结构的晶体B.碳氮键比金刚石中的碳碳键更长C.氮原子最外层电子数比碳原子最外层电子数多D.碳、氮的单质化学性质均不活泼2.下列有关共价晶体的叙述不正确的是()A.金刚石和二